KR100227267B1 - Apparatus for high speed power device of switching - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치를 공개한다. 본 발명의 장치는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부와; 상기 정류부로부터의 직류 전압을 승압시켜 제1고전압을 발생하고, 제1 및 제2제어신호에 따라 상기 제1고전압을 소정 레벨까지 충전하여 충전이 종료되면 상기 정류부와 상기 고속 전력용 반도체 소자를 전기적으로 분리시킨 상태에서 상기 충전 전압을 상기 고속 전력용 반도체 소자에 스위칭 테스트를 위한 전원 전압으로 공급하는 제1스위칭 레귤레이터와: 상기 정류부로부터의 직류 전압을 승압시켜 상기 제1고전압보다 높은 제2고전압을 발생하고, 상기 제1 및 제2제어신호에 따라 상기 제2고전압을 소정 레벨까지 충전하여 충전이 종료되면 상기 정류부와 상기 고속 전력용 반도체 소자를 전기적으로 분리시킨 상태에서 상기 충전 전압을 상기 고속 전력용 반도체 소자에 과전압 완충용 전압으로 공급하는 제2스위칭 레귤레이터와; 상기 고속 전력용 반도체 소자와 상기 제2스위칭 레귤레이터 사이에 연결되어 상기 고속 전력용 반도체 소자의 출력 전압을 상기 과전압 완충용 전압 미만으로 제한하는 제어 스위치를 구비한다.The present invention discloses a switching test apparatus for a high speed power semiconductor device. The apparatus of the present invention includes a rectifier for rectifying the AC voltage into a DC voltage; The DC voltage from the rectifier is boosted to generate a first high voltage, and when the charging is completed by charging the first high voltage to a predetermined level according to the first and second control signals, the rectifier and the high-speed power semiconductor device are electrically connected. A first switching regulator configured to supply the charging voltage to the high-speed power semiconductor device as a power supply voltage for a switching test; and boosting a DC voltage from the rectifying unit to generate a second high voltage higher than the first high voltage. And charges the second high voltage to a predetermined level according to the first and second control signals, and when charging is completed, the charging voltage is set to the fast voltage in a state in which the rectifying unit and the high speed power semiconductor device are electrically separated. A second switching regulator for supplying the overvoltage buffer voltage to the semiconductor device; And a control switch connected between the high speed power semiconductor device and the second switching regulator to limit an output voltage of the high speed power semiconductor device to less than the overvoltage buffer voltage.
Description
본 발명은 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치에 관한 것으로서, 특히 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 전력용 MOSFET의 스위칭 특성을 테스트하기 위한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching test apparatus for a high speed power semiconductor device, and more particularly to a switching test apparatus for a high speed power semiconductor device for testing switching characteristics of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a power MOSFET. It is about.
상기 IGBT 및 전력용 MOSFET의 스위칭 특성은 IGBT의 컬렉터 전류 및 컬렉터-이미터 전압(전력용 MOSFET의 드레인 전류 및 드레인-소스 전압)의 지연 시간, 상승 시간, 하강 시간, 스위칭 손실 및 에너지를 포함한다.The switching characteristics of the IGBT and power MOSFET include the delay time, rise time, fall time, switching loss and energy of the collector current and collector-emitter voltage of the IGBT (drain current and drain-source voltage of the power MOSFET). .
상기 IGBT는 MOS 게이트 구조와 바이폴라 트랜지스터가 결합된 형태의 고속 전력용 반도체 소자로서, 100500[ns]내에 스위치 온 또는 오프될 수 있는 신속한 스위칭 특성과 고전류 및 고항복전압 성능을 가진다. 아울러 상기 IGBT는 고전류, 고항복전압 성능 및 신속한 스위칭 특성으로 인해 스위칭 평가가 매우 어렵게 된다.The IGBT is a high speed power semiconductor device in which a MOS gate structure and a bipolar transistor are combined. It has fast switching characteristics and high current and high breakdown voltage capability that can be switched on or off within 500 [ns]. In addition, the IGBT is very difficult to evaluate the switching due to the high current, high breakdown voltage performance and fast switching characteristics.
제1도는 종래 기술에 의한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치의 회로도로서, 상기 스위칭 테스트 장치는 3001000[V]의 DC 전압을 공급하는 DC 전압 공급부(10)와, DUT(Device Under Test, 40)의 신속한 스위칭시 상기 DC 전압 공급부(10)가 손상되지 않도록 보호하는 제어 스위치(20)와, 상기 DC 전압 공급부(10)로 흐르는 전류와 상기 제어 스위치(20)를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부(30)와, 유도성 부하(Ld)로 구성된다.1 is a circuit diagram of a switching test apparatus for a high speed power semiconductor device according to the related art, and the switching test apparatus is 300 A DC
상기 제어 스위치(20)는 DC 전압 공급부(10)의 출력단에 연결된 컬렉터를 가지는 IGBT(AT)와, 상기 IGBT(AT)의 이미터에 연결된 애노드와 상기 IGBT(AT)의 컬렉터에 연결된 캐소드를 가지는 다이오드(22)로 구성된다.The
상기 전류 감지부(40)는 DC 전압 공급부(10)와 DUT(40) 사이에 연결되어 상기 DC 전압 공급부(10)로 흐르는 전류를 감지하는 제1전류 센서(CT1)와, 제어 스위치(20)에 구비된 IGBT(AT)의 이미터 및 다이오드(22)의 애노드 공통 노드와 상기 DUT(40) 사이에 연결되어 상기 제어 스위치(20)를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제2전류 센서(CT2)로 구성된다.The
상기 DUT(40)는 제2전류 센서(CT2)에 연결된 컬렉터를 가지는 제1IGBT(F1)와, 상기 제1IGBT(F1)의 이미터에 연결된 컬렉터와 제1전류 센스(CT1)에 연결된 이미터를 가지는 제2IGBT(F2)와 상기 제1IGBT(F1)의 이미터에 연결된 애노드와 상기 제1IGBT(F1)의 컬렉터에 연결된 캐소드를 가지는 제1순방향 회복 다이오드(42)와, 상기 제2IGBT(F2)의 이미터에 연결된 애노드와 상기 제2IGBT(F2)의 컬렉터에 연결된 캐소드를 가지는 제2 순방향 회복 다이오드(44)로 구성된다. 상기 제1 및 제2IGBT(F1, F2)는 하프 브리지 구조를 이루고 있다.The
상기 유도성 부하(Ld)는 제어 스위치(20)와 제2전류 센서(CT2) 사이에 연결된 일단과 제1IGBT(F1)의 이미터 및 제2IGBT(F2)의 컬렉터 사이에 연결된 타단을 가진다.The inductive load Ld has one end connected between the
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치의 착용을 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다.The wearing of the switching test apparatus of the conventional high speed power semiconductor device constructed as described above will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
제2도는 제1도에 도시된 회로의 동작 파형도로서, Vge(AT)는 IGBT(AT)의 게이트-이미터 전압 파형이고, VCC는 제어 스위치(20)의 출력 전압 파형이고, Vge(F)는 제1 또는 제2IGBT(F1, F2)의 게이트-이미터 전압 파형이고, IC는 제1 또는 제2 IGBT(F 1, F2)의 컬렉터 전류 파형이다.FIG. 2 is an operational waveform diagram of the circuit shown in FIG. 1, where V ge (AT) is a gate-emitter voltage waveform of IGBT (AT), V CC is an output voltage waveform of
먼저, t1시간에 제어 스위치(20)의 IGBT(AT)가 턴온되면 DUT(40)에 전원 전압(VCC)이 공급되고, 유도성 부하(Ld)는 전류를 축적한다. 이어서, 수의 시간이 경과한 t2시간에 일례로 DUT(40)의 제1IGBT(F1)의 게이트-이미터에 "하이"레벨의 게이트 구동 전압(Vge(F))이 인가되면 제1IGBT(F1)의 컬렉터 전류(Ic)가 점차 증가된다.First, when the IGBT (AT) of the
그 후, 상기 제1IGBT(F1)의 컬렉터 전류(Ic)가 계속 증가하여 예상 전류치에 도달하는 t3시간에 제어 회로(도면상 도시되지 않음)가 제1IGBT(F1)에 인가되던 "하이"레벨의 게이트 구동 전압(Vge(F))을 "로우" 레벨로 디스에이블시키면 제1IGBT(F1)는 턴오프되고, 유도성 부하(Ld)에 축적된 부하 전류는 대향되는 제1순방향 회복 다이오드(42)로 전달된다. 이 때, 상기 제1IGBT(F1)의 턴오프 특성이 오실로스코프에 의해 측정된다.Thereafter, the control circuit (not shown) is applied to the first IGBT F1 at a time t 3 at which the collector current I c of the first IGBT F1 continues to increase to reach an expected current value. When the gate driving voltage V ge (F) of the level is disabled to the "low" level, the first IGBT F1 is turned off, and the first forward recovery diode to which the load current accumulated in the inductive load Ld is opposed. Is passed to 42. At this time, the turn-off characteristic of the first IGBT F1 is measured by an oscilloscope.
그 후, 수가 경과된 t4시간에 제1 IGBT(F1)의 게이트-이미터에 다시 "하이"레벨의 게이트 구동 전압(Vge(F))이 인가되어 제1IGBT(F1)가 턴온되면 제1IGBT(F1)의 컬렉터 전류(Ic)는 t5시간 전까지 점차 증가한다. 이 때, 상기 제1IGBT(F1)의 턴온 특성이 오실로스코프에 의해 측정된다.After that, can Is applied to the gate-emitter of the first IGBT (F1) again at the time of t 4 , when the gate driving voltage V ge (F) of the "high" level is applied again and the first IGBT F1 is turned on, Collector current I c ) increases gradually until t 5 hours. At this time, the turn-on characteristic of the first IGBT F1 is measured by an oscilloscope.
그 후, t5시간에 제어 회로가 제1IGBT(F1)에 인가하던 "하이"레벨의 게이트 구동 전압(Vge(F))을 "로우" 레벨로 디스에이블시키면 제1IGBT(F1)가 턴오프된다.Thereafter, when the control circuit disables the gate driving voltage V ge (F) at the "high" level applied to the first IGBT F1 to the "low" level at time t 5 , the first IGBT F1 is turned off. do.
그 후, t6시간에 제어 스위치(20)의 IGBT(AT)가 턴오프되면 DUT(40)에 공급되던 전원 전압(Vcc)이 차단되어 DUT(40)의 제1IGBT(F1)에 대한 스위칭 테스트가 종료된다.Thereafter, when the IGBT (AT) of the
한편, 상기 DUT(40)에 구비된 제1 및 제2IGBT(F1, F2)는 스위칭 온 또는 오프시 컬렉터-이미터 전압에 고전압 서프들(high voltage surfs)이 부득이 하게 발생되고, 그 전압 피크가 제1 및 제2IGBT(F1, F2)의 다이내믹 애벌런시 전압을 초과하게 되면 제1 및 제2IGBT(F1, F2)가 파괴되는데, 종래에는 상기한 고전압 서프들로부터 제1 및 제2IGBT(F1, F2)을 보호할 수가 없는 문제점이 있었다.On the other hand, the first and second IGBTs (F1, F2) provided in the
또한, 상기 제어 스위치(20)에 구비된 IGBT(AT)는 대용량이 아닐 경우 DUT(40)에 구비된 제1 또는 제2IGBT(F1, F2)가 턴오프된 상태에서 제1 또는 제2 순방향 회복 다이오드(42, 44)를 통해 흐르는 전류가 유도성 부하(Ld)에 축적되지 않고 제어 스위치(20)를 거쳐 DC 전압 공급부(10)로 흐르게 되어 DC 전압 공급부(10)를 파괴시킬 수 있기 때문에 종래에는 제어 스위치(20)에 반드시 대용량 IGBT가 사용되어야 하는 문제점이 있다.In addition, when the IGBT (AT) provided in the
본 발명은 상기과 같은 문제점을 해결하기 위하여 인출된 것으로서, 테스트 중인 고속 전력용 반도체 소자의 다이내믹 스위칭에 의한 과전압을 흡수하는 구성 요소를 구비함으로써 상기 과전압으로부터 고속 전력용 반도체 소자를 보호할 수 있는 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been drawn to solve the above problems, and has a high-speed power that can protect the high-speed power semiconductor device from the overvoltage by having a component that absorbs the overvoltage by the dynamic switching of the high-speed power semiconductor device under test It is an object of the present invention to provide a switching test device for semiconductor devices.
또한, 본 발명은 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트시 고속 전력용 반도체 소자를 전원 공급회로와 전기적으로 분리시키는 구성요소를 구비함으로써 대용량 IGBT 없이도 전원 공급회로를 보호할 수 있는 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention provides a high-speed power semiconductor device that can protect the power supply circuit without a large capacity IGBT by having a component that electrically separates the high-speed power semiconductor device from the power supply circuit during the switching test of the high-speed power semiconductor device. Another object is to provide a switching test device.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치는 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치에 있어서, 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부와; 상기 정류부로부터의 직류 전압을 승압시켜 제1고전압을 발생하고, 제1 및 제2제어신호에 따라 상기 제1고전압을 소정 레벨까지 충전하여 충전이 종료되면 상기 정류부와 상기 고속 전력용 반도체 소자를 전기적으로 분리시킨 상태에서 상기 충전 전압을 상기 고속 전력용 반도체 소자에 스위칭 테스트를 위한 전원 전압으로 공급하는 제1스위칭 레귤레이터와; 상기 정류부로부터의 직류 전압을 승압시켜 상기 제1고전압보다 높은 제2고전압을 발생하고, 상기 제1 및 제2제어신호에 따라 상기 제2고전압을 소정 레벨까지 충전하여 충전이 종료되면 상기 정류부와 상기 고속 전력용 반도체 소자를 전기적으로 분리시킨 상태에서 상기 충전 전압을 상기 고속 전력용 반도체 소자에 과전압 완충용 전압으로 공급하는 제2스위칭 레귤레이터와; 상기 고속 전력용 반도체 소자와 상기 제2스위칭 레귤레이터 사이에 연결되어 상기 고속 전력용 반도체 소자의 출력 전압을 상기 과전압 완충용 전압 미만으로 제한하는 제어 스위치를 구비한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a switching test apparatus for a high-speed power semiconductor device according to the present invention includes a rectifying unit for rectifying an alternating voltage into a direct-current voltage; The DC voltage from the rectifier is boosted to generate a first high voltage, and when the charging is completed by charging the first high voltage to a predetermined level according to the first and second control signals, the rectifier and the high-speed power semiconductor device are electrically connected. A first switching regulator configured to supply the charging voltage to the high speed power semiconductor device as a power supply voltage for a switching test in a separated state; The DC voltage from the rectifying unit is boosted to generate a second high voltage higher than the first high voltage. The second high voltage is charged to a predetermined level according to the first and second control signals. A second switching regulator configured to supply the charging voltage to the high speed power semiconductor device as an overvoltage buffer voltage in a state in which the high speed power semiconductor device is electrically separated; And a control switch connected between the high speed power semiconductor element and the second switching regulator to limit an output voltage of the high speed power semiconductor element to less than the overvoltage buffering voltage.
상기 고속 전력용 반도체 소자는 상기 제1스위칭 레귤레이터의 출력단에 연결된 컬렉터와 상기 제어 스위치에 연결된 이미터와 소정 구동 전압이 인가되는 게이트를 가지는 IGBT인 것이 바람직하다.The high speed power semiconductor device may be an IGBT having a collector connected to an output terminal of the first switching regulator, an emitter connected to the control switch, and a gate to which a predetermined driving voltage is applied.
또한, 상기 제1스위칭 레귤레이터는 상기 정류부로부터의 교류 전압을 승압시켜 제1고전압을 발생하는 제1전압 정류 승압부와, 상기 제1제어신호에 따라 상기 제1전압 정류 승압부로부터의 제1고전압을 전달 또는 차단하는 제1절환 스위치와, 상기 제1절환 스위치를 통해 전달되는 제1고전압을 소정 레벨까지 충전하는 제1충전부와, 상기 제 1 절환 스위치와 상기 제1충전부 사이에 연결되어 상기 제2제어신호에 따라 상기 제1충전부에 충전된 전압을 선택적으로 방전시키는 제1방전부와, 상기 제1충전부에 병렬로 연결된 유도성 부하를 구비하고, 상기 제2스위칭 레귤레이터는 상기 정류부로부터의 교류 전압을 승압시켜 제2고전압을 발생하는 제2전압 정류 승압부와, 상기 제2제어신호에 따라 상기 제2전압 정류 승압부로부터의 제2고전압을 전달 또는 차단하는 제2절환 스위치와, 상기 제2절환 스위치를 통해 전달되는 제2고전압용 소정 레벨까지 충전하는 제2충전부와, 상기 제2절환 스위치와 상기 제2충전부 사이에 연결되어 상기 제2제어신호에 따라 상기 제2충전부에 충전된 전압을 선택적으로 방전시키는 제2방전부를 구비하는 것이 바람직하다.The first switching regulator may further include a first voltage rectifying booster configured to boost an AC voltage from the rectifier to generate a first high voltage, and a first high voltage from the first voltage rectified booster according to the first control signal. A first switching switch configured to transfer or cut off the first switching unit, a first charging unit charging the first high voltage transmitted through the first switching switch to a predetermined level, and connected between the first switching switch and the first charging unit; A first discharge unit for selectively discharging a voltage charged in the first charging unit according to a control signal, and an inductive load connected in parallel with the first charging unit, and the second switching regulator is configured to perform alternating current from the rectifying unit. A second voltage rectifying booster for boosting a voltage to generate a second high voltage, and transmitting or blocking a second high voltage from the second voltage rectifying booster according to the second control signal; A second switching switch, a second charging unit for charging to a predetermined level for a second high voltage transmitted through the second switching switch, and connected between the second switching switch and the second charging unit to the second control signal. Therefore, it is preferable to include a second discharge unit for selectively discharging the voltage charged in the second charging unit.
제1도는 종래 기술에 의한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치의 회로도.1 is a circuit diagram of a switching test apparatus for a high speed power semiconductor device according to the prior art.
제2도는 제1도에 도시된 회로의 동작 파형도.2 is an operational waveform diagram of the circuit shown in FIG.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치의 회로도.3 is a circuit diagram of a switching test apparatus for a high-speed power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
제4도는 제3도에 도시된 회로의 동작 파형도이다.4 is an operational waveform diagram of the circuit shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 정류부 200 : 제1스위칭 레규레이터100: rectifier 200: first switching regulator
300 : 제2스위칭 레귤레이터 400 : DUT(Device Under Test)300: second switching regulator 400: DUT (Device Under Test)
500 : 제어 스위치500: control switch
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치의 회로도로서, 상기 스위칭 테스트 장치는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부(100)와; 상기 정류부(100)로부터의 직류 전압을 승압시켜 1000V의 제1고전압을 발생하고, 제어 회로(도면상 도시되지 않음)로부터의 제1 및 제2제어신호에 따라 상기 제1고전압을 소정 레벨까지 충전하여 충전이 종료되면 상기 정류부(100)와 DUT(400)를 전기적으로 분리시킨 상태에서 상기 충전 전압을 상기 DUT(400)에 스위칭 테스트를 위한 전원 전압으로 공급하는 제1스위칭 레귤레이터(200)와; 상기 정류부(100)로부터의 직류 전압을 승압시켜 상기 제1고전압보다 높은 1600V의 제2고전압을 발생하고, 상기 제1 및 제2제어신호에 따라 상기 제2고전압을 소정 레벨까지 충전하여 충전이 종료되면 상기 정류부(100)와 상기 DUT(400)를 전기적으로 분리시킨 상태에서 상기 충전 전압을 상기 DUT(400)에 과전압 완충용 전압으로 공급하는 제2스위칭 레규레이터(300)와; 상기 DUT(400)와 상기 제2스위칭 레귤레이터(300) 사이에 연결되어 상기 DUT(400)의 전압을 상기 과전압 완충용 전압 미만으로 제한하는 제어 스위치(500)로 구성된다.3 is a circuit diagram of a switching test apparatus for a high-speed power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the switching test apparatus comprising: a
상기 정류부(100)는 노이즈 제거 필터(110)와 풀 브리지 다이오드(120)로 구성된다.The
상기 제1스위칭 레귤레이터(200)는 정류부(100)로부터의 교류 전압을 승압시켜 1000V의 제1고전압을 발생하는 제1전압 정류 승압부(210)와, 제1제어신호에 따라 상기 제1전압 정류 승압부(210)로부터의 제1고전압을 전달 또는 차단하는 제1절환 스위치(220)와, 상기 제1절환 스위치(220)를 통해 전달되는 제1고전압을 소정 레벨까지 충전하는 제1충전부(240)와, 상기 제1절환 스위치(220)와 상기 제1충전부(240) 사이에 연결되어 제2제어신호에 따라 상기 제1충전부(240)에 충전된 전압을 선택적으로 방전시키는 제1방전부(230)와, 상기 제1충전부(240)에 병렬로 연결된 유도성 부하(Ld)로 구성된다.The
상기 제1전압 정류 승압부(210)는 권선비가 1:3 인 제1변압기(214)와, 상기 제1변압기(214)의 1차측 권선에 직렬로 연결된 제1 n 채널 MOSFET(212)와, 상기 제1변압기(214)의 2차측 권선에 연결된 애노드와 제1절환 스위치(220)에 연결된 캐소드를 가지는 제1다이오드(216)로 구성된다.The first voltage rectifying booster 210 may include a
상기 제1절환 스위치(220)는 제1전압 정류 승압부(210)의 제1다이오드(216)에 직렬로 연결되어 제1제어신호에 따라 선택적으로 온/오프되는 릴레이로 구성된다.The first switching switch 220 is configured as a relay connected in series with the
상기 제1방전부(230)는 제1저항(232)과, 상기 제1저항(232)에 직렬로 연결되어 제2제어신호에 따라 선택적으로 온/오프되는 제1 릴레이(234)로 구성된다.The first discharge unit 230 includes a
상기 제1충전부(240)는 제1방전부(230)의 제1저항(232)에 병렬로 연결된 제2다이오드(242)와, 상기 제2다이오드(242)와 병렬로 연결된 제1평활 커패시터(246)와, 상기 제2다이오드(242)의 캐소드와 상기 제1평활 커패시터(246)의 일단 사이에 연결된 제1인덕터(244)로 구성된다. 상기 제1평활커패시터(246)에는 유도성 부하(Ld)가 병렬로 연결되어 있다.The first charging unit 240 includes a
상기 제2스위칭 레귤레이터(300)는 정류부(100)로부터의 교류 전압을 승압시켜 1600V의 제2고전압을 발생하는 제2전압 정류 승압부(310)와; 제2제어신호에 따라 상기 제2전압 정류 승압부(310)로부터의 제2고전압을 전달 또는 차단하는 제2절환 스위치(320)와; 상기 제2 절환 스위치(320)를 통해 전달되는 제2고전압을 소정 레벨까지 충전하는 제2충전부(340)와; 상기 제2절환 스위치(320)와 상기 제2충전부(340) 사이에 연결되어 제2제어신호에 따라 상기 제2충전부(340)에 충전된 전압을 선택적으로 방전시키는 제2방전부(330)로 구성된다.The second switching regulator 300 includes a second voltage rectifier booster 310 for boosting an AC voltage from the
상기 제2전압 정류 승압부(310)는 권선비가 1:5인 제2변압기(314)와, 상기 제2변압기(314)의 1차측 권선에 직렬로 연결된 제2 n 채널 MOSFET(312)와, 상기 제2변압기(314)의 2차측 권선에 연결된 애노드와 제1절환 스위치(320)에 연결된 캐소드를 가지는 제3다이오드(316)로 구성된다.The second voltage rectifying booster 310 may include a
상기 제2절환 스위치(320)는 제2전압 정류 승압부(310)의 제3다이오드(316)에 연결되어 제1제어신호에 따라 선택적으로 온/오프되는 릴레이로 구성된다.The second switching switch 320 is configured as a relay connected to the
상기 제2방전부(330)는 제2 저항(332)과, 상기 제2 저항(332)에 직렬로 연결되어 제2제어신호에 따라 선택적으로 온/오프되는 제2 릴레이(334)로 구성된다.The second discharge unit 330 includes a second resistor 332 and a
상기 제2충전부(340)는 제2방전부(330)의 제2저항(332)에 병렬로 연결된 제4 다이오드(342)와, 상기 제4 다이오드(342)와 병렬로 연결된 제2평활 커패시터((346)와, 상기 제4다이오드(342)의 캐소드와 상기 제2평활 커패시터(346)의 일단 사이에 연결된 제2인덕터(344)로 구성된다. 상기 제2평활 커패시터(346)는 직병렬 접속관계에 있는 4700㎌/400V의 전해질 커패시터들을 구비하여 4700㎌의 커패시턴스와 1600V의 정격전압을 가진다.The second charging unit 340 may include a fourth diode 342 connected in parallel to the second resistor 332 of the second discharge unit 330, and a second smoothing capacitor connected in parallel with the fourth diode 342. 346 and a
상기 DUT(400)는 제1스위칭 레귤레이터(200)의 출력단에 연결된 컬렉터와 제어 스위치(500)에 연결된 이미터와 제어 회로로부터의 구동 전압이 인가되는 게이트를 가지는 IGBT(F3)와; 상기 IGBT(F3)의 이미터에 연결된 애노드와 상기 IGBT(F3)의 컬렉터에 연결된 캐소드를 가니는 제1순방향 회복 다이오드(410)와; 제1스위칭 레귤레이터(200)의 출력단에 병렬로 연결되고, 상기 IGBT의 컬렉터와 상기 제1순방향 회복 다이오드(410)의 캐소드의 공통 노드에 연결된 애노드를 가지는 제2 순방향 회복 다이오드(420)로 구성된다.The
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트 장치의 작용을 제3도 및 제4도를 참조하여 상세하게 설명한다.An operation of the switching test apparatus for the high-speed power semiconductor device according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
제4도는 제3도에 도시된 회로의 동작 파형도로서, Vcc는 제1평활 커패시터(246)의 충전 전압 파형이고, Vci제2평활 커패시터(346)의 충전 전압 파형이고, Vge(F)는 IGBT(F3)의 게이트-이미터 전압 파형이고, Ic는 IGBT(F3)의 컬렉터 전류파형이다.4 is an operating waveform diagram of the circuit shown in FIG. 3, V cc is a charging voltage waveform of the
먼저 정류부(100)는 200V 교류 전압을 직류 전압으로 정류한다. 상기 정류부(100)에 의해 정류된 전압은 제1전압 정류 승압부(210)로 입력되고, 상기 제1전압 정류 승압부(210)는 5A/500V의 제1 n채널 MOSFET(212)가 300KMHz로 스위칭되기 시작하는 t1시간에 제1변압기(214)의 1차측 권선을 횡단하여 2차측 권선으로 1000V의 제1고전압을 발생한다.First, the
상기 제1 n채널 MOSFET(212)가 스위칭되어 구동되기 시작하는 t1시간에 제1절환 스위치(220)의 릴레이는 제1제어신호에 따라 온되고, 상기 제1방전부(230)의 제1 릴레이(234)는 제2제어신호에 따라 오프된다. 이로써, 제1변압기(214)의 2차측 권선에서 발생되는 제1고전압은 제1다이오드(216)를 통해 정류된 다음 제1절환 스위치(220)를 거쳐 제1충전부(240)로 입력된다.At a time t 1 when the first n-channel MOSFET 212 is switched and started to be driven, the relay of the first switching switch 220 is turned on according to a first control signal and the first of the first discharge unit 230. The
상기 제1충전부(240)는 제1절환 스위치(220)를 통해 전달받은 제1고전압을 제 1 인덕터(244)를 통해 제1평활 커패시터(246)에 충전한다. 그리고, 상기 제1평활 커패시터(246)에 충전된 전압(Vcc)이 예상된 소정 레벨에 도달하는 t2시간에 제1 n채널 MOSFET(212)의 스위칭 동작이 중단되어 제1평활 커패시터(246)의 충전이 종료된다.The first charging unit 240 charges the
한편, 상기 제1 n채널 MOSFET(212)이 스위칭되어 제1평활 커패시터(246)의 충전이 시작되는 t1시간에 제2전압 전류 승압부(310)의 제2 n채널 MOSFE T(312)도 스위칭되어 제2변압기(314)의 1차측 권선을 횡단하여 2차측 권선으로 1600V의 제2고전압을 발생한다. 또한, t1시간에 제2절환 스위치(320)의 릴레이는 제1제어신호에 따라 온되고, 제2방전부(330)의 제2 릴레이(234)는 제2제어신호에 따라 오프됨으로써 제2변압기(314)의 2차측 권선에서 발생되는 제2고전압은 제2다이오드(316)를 통해 정류된 다음 제2절환 스위치(320)를 거쳐 제2충전부(340)로 입력된다.On the other hand, the second n-
상기 제2충전부(340)는 제2절환 스위치(320)를 통해 전달받은 제2고전압을 제2 인덕터(344)를 통해 제2평활 커패시터(346)에 충전한다. 그리고, 상기 제2평활 커패시터(346)에 충전된 전압(Vci)이 예상된 소정 레벨에 도달하는 t3시간에 제2 n채널 MOSFET(312)의 스위칭 동작이 중단되어 제2평활 커패시터(346)의 충전이 종료된다.The second charging unit 340 charges the
그 후, 상기 제1 및 제2절환 스위치(220, 320)가 제1제어신호에 따라 오프되어 전원 공급회로에 해당되는 정류부(100)와 제1 및 제2전압 정류 승압부(210, 310)가 DUT(400)와 전기적으로 분리된 상태에서 t4시간에 제어 회로가 DUT(400)에 구비된 IGBT(F3)의 게이트-이미터에 "하이" 레벨이 게이트 구동 전압(Vge(F))을 인가하면제1평활 커패시터(246), 유동성 부하(Ld) 및 테스트 중인 IGBT(F4)를 통해 전류 통로가 형성된다.Thereafter, the first and second switching switches 220 and 320 are turned off according to the first control signal, and the rectifying
상기에서 정류부(100)와 제1 및 제2전압 정류 승압부(210, 310)를 DUT(400)로 전기적으로 분리시킨 상태에서 DUT(400)에 구비된 IGBT(F3)의 스위칭 테스트를 수행하면 제1도에 도시된 종래 기술의 제어 스위치(20)에 의해 수행되던 것과 마찬가지로 테스트시 제1 및 제2전압 정류 승압부(210, 310)측으로 전류가 역류되는 것을 방지하여 정류부(100)와 제1 및 제2전압 정류 승압부(210, 310)를 보호할 수 있다.In the state in which the
그 후, 상기 유동성 부하(Ld) 내의 전류가 상승하기 시작하여 IGBT(F3)의 컬렉터 전류(Ic)가 예상 전류치에 도달되는 t5시간에 제어 회로가 IGBT(F3)에 인가되던 "하이" 레벨의 게이트 구동 전압(Vge(F))을 "로우" 레벨로 디스에이블시키면 IGBT(F3)는 턴오프되고, 유도성 부하(Ld)에 축적된 부하 전류는 대향되는 제1순방향 회복 다이오드(410)로 전달된다. 이 때, 상기 IGBT(F3)의 턴오프 특성이 오실로스코프에 의해 측정된다.Thereafter, the current in the flowable load Ld starts to rise to " high " at which the control circuit is applied to the IGBT F3 at time t 5 when the collector current I c of the IGBT F3 reaches the expected current value. When the level gate driving voltage V ge (F) is disabled to the "low" level, the IGBT F3 is turned off, and the load current accumulated in the inductive load Ld is opposed to the first forward recovery diode ( 410). At this time, the turn-off characteristic of the IGBT F3 is measured by an oscilloscope.
그 후, 부하 전류의 감소가 무시될 수 있는 15[]의 시간이 경과된 t6시간에 제어 회로가 IGBT(F3)의 게이트-이미터에 다시 "하이" 레벨의 게이트 구동 전압(Vge(F))을 인가하면 IGBT(F3)는 턴온된다. 이 때, 상기 IGBT(F3)의 턴온 특성이 오실로스코프에 의해 측정된다. 아울러, 제1순방향 회복 다이오드(410)의 역회복 성능도 측정될 수 있다.Thereafter, the reduction of the load current can be ignored 1 5 [ ] Has passed the gate of a t the IGBT (F3) the control circuit 6 hours time - if already applied to the back "high" gate drive voltage (V ge (F)) of the level of the emitter is IGBT (F3) is turned on. At this time, the turn-on characteristic of the IGBT F3 is measured by an oscilloscope. In addition, the reverse recovery performance of the first forward recovery diode 410 may also be measured.
상기 t6시간에 IGBT(F3)가 턴온되면 IGBT(F3)의 컬렉터 전류(Ic)는 t7시간전까지 점차 증가하고, 이후 t7시간에 제어 회로가 IGBT(F3)에 인가하던 "하이" 레벨의 게이트 구동 전압(Vge(F))을 "로우" 레벨로 디스에이블시키면 IGBT(F3)가 턴오프된다.When the IGBT (F3) is turned on at the t 6 hours, the collector current (I c ) of the IGBT (F3) gradually increases until t 7 hours, after which the control circuit applied a high to the IGBT (F3) at t 7 hours Disabling the gate drive voltage V ge (F) of the level to the “low” level turns off the IGBT (F3).
그 후, t8시간에 제1 및 제2방전부(230, 330)의 릴레이들(234, 334)이 제어 회로로부터의 제2제어신호에 따라 온되면 제1 및 제2평활 커패시터(246, 346)에 충전되어 있던 전압(Vcc, Vci)이 방전되고, IGBT(F3)에 대한 스위칭 테스트는 종료된다.Thereafter, when the
한편, 상기 IGBT(F3)의 턴온 또는 턴오프시 IGBT(F3)의 컬렉터-이미터 전압이 제2평활 커팬시터(346)에 충전된 전압을 초과하게 되면 큰 서핑 전류(surfing current)가 제어 스위치(500)를 통해 제2충전부(240)측으로 흐르게 되어 제2평활 커팬시터(346)를 충전시킨다. 그로 인해 IGBT(F3)의 컬렉터-이미터 전압은 제2평활 커팬시터(346)에 충전되어 있던 전압과 동일하게 클램핑된다. 즉, 제2충전부(340)는 IGBT(F3)의 다이내믹 스위칭에 의한 과전압을 완충하는 역할을 한다. 그 결과, DUT(400)에 구비된 IGBT(F3)가 과전압에 의해 파괴되는 것이 방지된다. 또한, IGBT(F3)의 다이내믹 스위칭시 안전 작동에 임계적인 영향을 미치는 높은 다이내믹 전력 피크도 피할 수 있게 된다.On the other hand, when the collector-emitter voltage of the IGBT (F3) exceeds the voltage charged in the second
이와 같이 본 발명은 고속 전력용 반도체 소자의 스위칭 테스트시 고속 전력용 반도체 소자를 전원 공급회로와 전기적으로 분리시키는 구성요소와, 테스트 중인 고속 전력용 반도체 소자의 다이내믹 스위칭에 의한 과전압을 흡수하는 구성요소를 구비하여 스위칭 테스트시 고속 전력용 반도체 소자와 전원 공급회로의 파괴를 방지하기 때문에 동작 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.As described above, the present invention provides a component that electrically isolates the high-speed power semiconductor device from the power supply circuit during the switching test of the high-speed power semiconductor device, and a component that absorbs the overvoltage caused by the dynamic switching of the high-speed power semiconductor device under test. In order to prevent destruction of the high-speed power semiconductor device and the power supply circuit during the switching test, there is an effect that the operation reliability is improved.
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